인덕턴스는 전기 회로의 구성 요소가 자기장 에너지를 저장하는 능력을 측정한 것입니다. 또한 전류와 자기장 사이의 관계를 측정합니다. 또한 질량은 기계 본체의 관성의 척도이기 때문에 전기의 관성과 비교됩니다.
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자기유도 현상
전도회로에 흐르는 전류의 크기가 달라지면 자기유도 현상이 일어난다. 이 경우 회로를 통과하는 자속이 변경되고 현재 프레임의 리드에서 자기 유도 EMF라는 EMF가 발생합니다. 이 EMF는 전류의 방향과 반대이며 다음과 같습니다.
ε=-∆F/∆t=-L*(∆I/∆t)
분명히 자기 유도 EMF는 회로에 흐르는 전류의 변화로 인한 자속의 변화율과 같으며 전류 변화율에도 비례합니다.자기 유도의 EMF와 전류 변화율 사이의 비례 계수를 인덕턴스라고 하며 L로 표시합니다. 이 값은 항상 양수이며 SI 단위는 1 Henry(1Gn)입니다. 분수 분수, 밀리제너리 및 마이크로제너리도 사용됩니다. 1암페어의 전류 변화가 1볼트의 자기 유도 EMF를 유발하는 경우 1헨리의 인덕턴스를 말할 수 있습니다. 회로에는 인덕턴스가 있을 뿐만 아니라 단일 도체와 코일도 있으며 직렬로 연결된 일련의 회로로 나타낼 수 있습니다.
에너지는 인덕턴스에 저장되며 W=L*I로 계산할 수 있습니다.2/2, 여기서:
- W - 에너지, J;
- L - 인덕턴스, Gn;
- 나 - 코일의 전류, A.
그리고 여기서 에너지는 코일의 인덕턴스에 정비례합니다.
중요한! 공학에서 인덕턴스는 전기장이 저장되는 장치를 의미하기도 합니다. 이 정의에 가장 가까운 실제 요소는 인덕터 코일입니다.
물리적 코일의 인덕턴스를 계산하는 일반 공식은 복잡한 형태를 가지고 있어 실제 계산에 불편합니다. 인덕턴스는 권선 수, 코일의 직경에 비례하고 기하학적 형태에 의존한다는 것을 기억하는 것이 유용합니다. 또한 인덕턴스는 코일이 위치한 코어의 투자율에 영향을 받지만 코일에 흐르는 전류에는 영향을 받지 않습니다. 인덕턴스를 계산하려면 매번 특정 설계에 대해 주어진 공식을 참조해야 합니다. 따라서 원통형 코일의 경우 기본 특성은 다음 공식에 따라 계산됩니다.
L=μ*μ*(N2*S/l),
어디에:
- μ는 코일 코어의 상대 투자율입니다.
- μ - 자기 상수, 1.26*10-6 Gn/m;
- N - 회전 수;
- S - 코일 면적;
- l - 코일의 기하학적 길이.
원통형 코일 및 기타 코일 모양의 인덕턴스를 계산하려면 온라인 계산기를 포함한 계산기 프로그램을 사용하는 것이 좋습니다.
직렬 및 병렬로 인덕턴스 연결
인덕턴스는 직렬 또는 병렬로 연결하여 새로운 특성을 가진 세트를 생성할 수 있습니다.
병렬 연결
코일이 병렬로 연결되면 모든 요소의 전압은 동일하고 전류(교대로)은 요소의 인덕턴스에 반비례합니다.
- 유=유1=유2=유3;
- 나=나1+나2+나3.
회로의 총 인덕턴스는 1/L=1/L로 정의됩니다.1+1/L2+1/L3. 공식은 요소 수에 관계없이 유효하며 2개 코일의 경우 L=L 형식으로 단순화됩니다.1*엘2/(엘1+엘2). 결과 인덕턴스가 가장 낮은 요소의 인덕턴스보다 작음이 분명합니다.
직렬 연결
이러한 유형의 연결에서는 코일로 구성된 회로를 통해 동일한 전류가 흐르고 회로의 각 구성 요소에 대한 전압(AC!)은 각 요소의 인덕턴스에 비례하여 분배됩니다.
- 유=유1+U2+U3;
- 나=나1=나2=나3.
총 인덕턴스는 모든 인덕턴스의 합과 같으며 가장 높은 값을 가진 요소의 인덕턴스보다 큽니다. 따라서 이 연결은 인덕턴스를 증가시켜야 할 때 사용됩니다.
중요한! 코일을 직렬 또는 병렬 배터리로 연결할 때, 계산 공식은 서로에 대한 요소 자기장의 상호 영향이 배제된 경우에만 적용됩니다(차폐, 먼 거리 등). 영향이 있는 경우 인덕턴스의 총 값은 코일의 상호 배열에 따라 달라집니다.
인덕터 코일의 몇 가지 실용적인 문제와 설계
실제로 다양한 디자인의 인덕터 코일이 사용됩니다. 장치의 용도와 용도에 따라 다양하게 만들 수 있으나 실제 코일에서 발생하는 효과를 고려할 필요가 있다.
인덕터 코일의 품질 계수
실제 코일에는 인덕턴스 외에도 여러 매개변수가 있으며 가장 중요한 것 중 하나는 품질 요소입니다. 이 값은 코일의 손실을 결정하고 다음에 따라 달라집니다.
- 권선의 저항 손실(저항이 클수록 품질 계수가 낮음);
- 와이어 절연체 및 권선 프레임의 유전 손실;
- 방패의 손실;
- 핵심 손실.
이 모든 양은 손실 저항을 정의하고 품질 계수는 Q=ωL/R 손실과 동일한 무차원 값입니다. 여기서:
- ω = 2*π*F - 원형 주파수;
- L - 인덕턴스;
- ωL - 코일 리액턴스.
품질 계수는 활성 저항에 대한 반응성(유도) 저항의 비율과 같다고 대략적으로 말할 수 있습니다. 한편으로 주파수가 증가함에 따라 분자가 증가하지만 동시에 표피 효과로 인해 유용한 와이어 단면적의 감소로 인해 손실 저항도 증가합니다.
피부 효과
전기장과 자기장뿐만 아니라 이물질의 영향과 이러한 자기장을 통한 요소의 상호 영향을 줄이기 위해 코일(특히 고주파)을 차폐에 배치하는 경우가 많습니다. 유용한 효과 외에도 차폐는 코일 Q-팩터를 감소시켜 인덕턴스를 줄이고 기생 커패시턴스를 증가시킵니다. 또한 실드의 벽이 코일에 가까울수록 유해한 영향이 커집니다. 따라서 차폐 코일은 거의 항상 매개 변수 조정 가능성으로 만들어집니다.
조정 가능한 인덕턴스
어떤 경우에는 코일을 회로의 다른 요소에 연결한 후 인덕턴스 값을 정확하게 설정하여 튜닝 중 매개변수의 편차를 보정해야 합니다. 이를 위해 다양한 방법(회전 전환 등)이 사용되지만 가장 정확하고 부드러운 방법은 코어로 조정하는 것입니다.코일의 인덕턴스를 조정하여 프레임 내부에서 나사로 조이고 빼낼 수 있는 나사산 막대 형태로 만들어집니다.
가변 인덕턴스(바리미터)
인덕턴스 또는 유도 결합의 작동 조정이 필요한 경우 다른 디자인의 코일이 사용됩니다. 그들은 두 개의 권선, 즉 움직이는 권선과 고정 권선을 포함합니다. 총 인덕턴스는 두 코일의 인덕턴스와 그들 사이의 상호 인덕턴스의 합과 같습니다.
한 코일의 상대 위치를 다른 코일로 변경하여 총 인덕턴스 값이 조정됩니다. 이러한 장치를 바리미터(variometer)라고 하며 어떤 이유로 가변 용량의 커패시터를 사용할 수 없는 경우 공진 회로를 튜닝하는 통신 장비에 자주 사용됩니다. variometer는 적용 범위를 제한하는 상당히 번거롭습니다.
인쇄 코일 형태의 인덕턴스
낮은 인덕턴스를 가진 코일은 나선형으로 인쇄된 도체의 형태로 만들 수 있습니다. 이러한 디자인의 장점은 다음과 같습니다.
- 제조 가능성;
- 매개변수의 높은 반복성.
단점은 조정 중 미세 조정이 불가능하고 큰 값의 인덕턴스를 얻기가 어렵다는 것입니다. 인덕턴스가 높을수록 코일이 보드에서 차지하는 공간이 늘어납니다.
단면 권선이 있는 코일
커패시턴스가 없는 인덕턴스는 종이에서만 발생합니다. 코일을 물리적으로 구현하면 즉시 기생 권선 간 정전 용량이 발생합니다. 이것은 많은 경우에 해로운 현상입니다. 표유 커패시턴스는 LC 회로의 커패시턴스에 추가되어 공진 주파수와 발진 시스템의 품질 계수를 줄입니다. 또한 코일에는 자체 공진 주파수가 있어 바람직하지 않은 현상을 유발합니다.
표유 커패시턴스를 줄이기 위해 다양한 방법이 사용되며 가장 간단한 방법은 직렬로 연결된 여러 섹션의 형태로 인덕터를 권선하는 것입니다. 이 연결로 인덕턴스가 추가되고 전체 커패시턴스가 감소합니다.
토로이달 코어의 인덕턴스 코일
원통형 인덕터 코일의 자기장 라인은 코일 내부(코어가 있는 경우 코어를 통해)를 통과하고 공기를 통해 단락됩니다. 이 사실에는 몇 가지 단점이 있습니다.
- 인덕턴스가 감소합니다.
- 코일의 특성은 계산하기 어렵습니다.
- 외부 자기장에 도입된 모든 물체는 코일 매개변수(인덕턴스, 기생 커패시턴스, 손실 등)를 변경하므로 많은 경우에 차폐가 필요합니다.
환상형 코어에 감긴 코일(링 또는 "베이글" 형태)은 이러한 단점이 거의 없습니다. 자기선은 닫힌 루프 형태로 코어 내부에서 실행됩니다. 이는 외부 물체가 이러한 코어에 감긴 코일의 매개변수에 거의 영향을 미치지 않으며 이러한 설계에는 차폐가 필요하지 않다는 것을 의미합니다. 또한 인덕턴스가 증가하고 다른 모든 매개변수가 동일하며 특성 계산이 더 쉽습니다.
토러스에 감긴 코일의 단점은 인덕턴스를 제자리에서 부드럽게 조정할 수 없다는 것입니다. 또 다른 문제는 권선의 높은 노동 집약도와 낮은 제조 가능성입니다. 그러나 이것은 일반적으로 모든 유도 요소에 적용됩니다.
또한 인덕턴스의 물리적 구현의 일반적인 단점은 높은 질량 치수, 상대적으로 낮은 신뢰성 및 낮은 유지보수성입니다.
따라서 기술에서는 유도 구성 요소를 제거하려고합니다. 그러나 이것이 항상 가능한 것은 아니므로 가까운 미래와 중기적으로 권선 구성 요소가 사용될 것입니다.
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